-
Die Erfindung betrifft eine Dämpfereinrichtung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Zylinder und eine im Zylinder zumindest axial beweglich angeordnete Kolbenstange mit einem Arbeitskolben. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Dämpfereinrichtung.
-
In der Regel weist ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs eine Kombination aus Schwingungsdämpfern und Aufbaufedern auf. Die Aufbaufedern reagieren dabei auf eine Lage des Fahrzeugaufbaus und stellen somit eine Kraft bei einer Änderung der Lage des Fahrzeugaufbaus bereit. Demgegenüber reagieren die Dämpfer auf eine Geschwindigkeit und stellen somit eine Kraft in Abhängigkeit einer angreifenden Geschwindigkeit durch die Änderung der Lage des Fahrzeugaufbaus bereit. Dadurch kann eine Schwingung des Fahrzeugaufbaus kontrolliert werden.
-
Aus der
WO 2011/089373 A1 geht eine hydraulische Dämpfereinrichtung hervor, die sensitiv auf eine Beschleunigung reagiert und eine Gegenkraft zur Reduzierung einer eingeleiteten Schwingung stellt. Die Dämpfereinrichtung besteht aus einem Gehäuse, in welchem sich eine Kolbenstange mit einem Arbeitskolben axial bewegt. Der Arbeitskolben schließt zwei Arbeitskammern zueinander ab. Die beiden Arbeitskammern sind über einen Durchlasskanal im Gehäuse miteinander verbunden. Der Durchlasskanal befindet sich dabei um die Kammern herum. Bei Einleitung einer Schwingung in die Dämpfereinrichtung wird ein inkompressibles Fluid im Durchlasskanal beschleunigt, wobei insbesondere die Eigenschaft des Fluides sowie die Länge und der Durchmesser des Durchlasskanals eine Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung maßgeblich bestimmen. Die Dämpfereinrichtung ist derart ausgelegt, dass im Bereich der Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung die Amplitude der Schwingung am stärksten reduziert wird.
-
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine zuvor genannte Dämpfereinrichtung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs weiterzuentwickeln, und insbesondere eine erhöhte Schwingungsdämpfung zu realisieren.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Eine erfindungsgemäße Dämpfereinrichtung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Zylinder und eine im Zylinder zumindest axial beweglich angeordnete Kolbenstange mit einem Arbeitskolben, wobei der Arbeitskolben eine erste und eine zweite Arbeitskammer im Zylinder axial begrenzt, wobei die beiden Arbeitskammern über einen im Zylinder ausgebildeten Durchlasskanal fluidtechnisch miteinander verbunden sind, wobei ein inkompressibles Fluid bei einer axialen Stellbewegung des Arbeitskolbens durch den Durchlasskanal strömt, um eine in die Dämpfereinrichtung eingeleitete Schwingung zu reduzieren, wobei zumindest eine Länge des Durchlasskanals variabel einstellbar ist, um eine Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung an die Frequenz der zu reduzierenden Schwingung variabel anzupassen.
-
Mit anderen Worten wird zumindest während des Betriebes der Dämpfereinrichtung zumindest eine Länge des Durchlasskanals variabel eingestellt, vorzugsweise an die Frequenz der zu reduzierenden Schwingung angepasst, um die Amplitude der Schwingung über einen breiten Bereich maximal zu reduzieren. Mithin erfolgt im Betrieb der Dämpfereinrichtung eine variable Anpassung der Dämpfereinrichtung an die Frequenzen der eingeleiteten Schwingungen. Somit ist die Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung nicht konstant, sondern variabel einstellbar. Dadurch wird eine erhöhte Schwingungsdämpfung realisiert, wobei die Dämpfereinrichtung keine Aufbaufeder umfasst und dadurch kompakt und gewichtsoptimiert ausgebildet ist.
-
Bei einer axialen Bewegung des Arbeitskolbens im Zylinder, die durch eine Einleitung einer Schwingung über den Zylinder oder die Kolbenstange erfolgt, strömt das inkompressible Fluid durch den Durchlasskanal aus der sich verkleinernden Arbeitskammer in die sich vergrößernde Arbeitskammer. Das Fluid weist vorzugsweise eine niedrige Viskosität sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Zum Beispiel ist das inkompressible Fluid Quecksilber oder ein anderes geeignetes inkompressibles Fluid. Um die Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung an die eingeleitete Schwingung anzupassen und dadurch eine erhöhte Schwingungsdämpfung zu realisieren wird zumindest die Länge des Durchlasskanals variiert. Dazu weist die Dämpfereinrichtung Mittel zwischen einer der beiden Arbeitskammern und dem Durchlasskanal auf, die dazu vorgesehen sind, die Länge des Durchlasskanals variabel einzustellen.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mindestens ein schaltbares Ventil fluidtechnisch zwischen mindestens einer der beiden Arbeitskammern und dem Durchlasskanal angeordnet. Das schaltbare Ventil ist zumindest zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung von einer Steuerungsvorrichtung schaltbar. Beispielsweise ist das mindestens eine schaltbare Ventil derart zwischen einer der beiden Arbeitskammern und dem Durchlasskanal angeordnet, dass die Länge des Durchlasskanals bei einer geöffneten Schaltstellung des mindestens einen schaltbaren Ventils verkleinert wird. Alternativ ist das mindestens eine schaltbare Ventil derart zwischen einer der beiden Arbeitskammern und dem Durchlasskanal angeordnet, dass die Länge des Durchlasskanals bei einer geöffneten Schaltstellung des mindestens einen schaltbaren Ventils verkleinert wird. Die Anzahl der einstellbaren Eigenfrequenzen der Dämpfereinrichtung sind direkt abhängig von der Anzahl der schaltbaren Ventile zwischen einer der beiden Arbeitskammern und dem Durchlasskanal. Beispielsweise sind mehrere schaltbare Ventile fluidtechnisch zwischen mindestens einer der beiden Arbeitskammern und dem Durchlasskanal angeordnet, wobei durch ein Öffnen mehrerer Ventile zur gleichen Zeit nicht nur die Länge sondern auch ein Einströmungs- und/oder Ausströmungsquerschnitt des Durchlasskanals eingestellt wird. Vorteilhafterweise wird nur ein Ventil pro Arbeitskammer geöffnet und dadurch lediglich die Länge des Durchlasskanals eingestellt.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine drehbewegliche und axial verschiebliche Hülse im Zylinder angeordnet, wobei der Durchlasskanal durch die Hülse zumindest teilweise radial begrenzt ist. Mithin ist der Durchlasskanal zumindest teilweise als radiale Nut ausgebildet. Die radiale Nut wird durch eine Mantelfläche der axial verschieblichen Hülse begrenzt beziehungsweise geschlossen. Je nach axialer Position der Hülse im Zylinder wird somit die Länge des Durchlasskanals variabel eingestellt. Vorzugsweise ist die axiale Position der Hülse im Wesentlichen unabhängig von einer axialen Position des Arbeitskolbens. Insbesondere ist die Steuerungsvorrichtung zumindest mittelbar mit der axial verschieblichen Hülse zur variablen Einstellung zumindest der Länge des Durchlasskanals verbunden. Unter dem Begriff mittelbar, ist zu verstehen, dass zwischen der Steuerungsvorrichtung und der axial verschieblichen Hülse mindestens ein weiteres Element angeordnet sein kann. Mithin sind die Steuerungsvorrichtung und die axial verschiebliche Hülse zur variablen Einstellung zumindest der Länge des Durchlasskanals miteinander wirkverbunden.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Durchlasskanal schraubenförmig zumindest teilweise um die beiden Arbeitskammern herum im Zylinder ausgebildet ist. Mit anderen Worten verläuft der Durchlasskanal radial zwischen einer Innenumfangsfläche und einer Außenumfangsfläche des Zylinders zumindest teilweise um die beiden Arbeitskammern herum. Mit abnehmender Steigung des Durchlasskanals verlängert sich die Länge des Durchlasskanals.
-
Vorzugsweise weist die Hülse mindestens eine radiale Aussparung zur fluidtechnischen Verbindung einer der beiden Arbeitskammern mit dem Durchlasskanal auf. Vorzugsweise verdeckt die Hülse den gesamten als radiale Nut ausgebildeten Bereich des Durchlasskanals, wobei die radiale Aussparung in der Hülse die einzige fluidführende Verbindung zwischen einer der beiden Arbeitskammern und dem Durchlasskanal ausbildet. Somit bestimmt die Position der radialen Aussparung in der Hülse die effektive Länge des Durchlasskanals und somit die Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung.
-
Bevorzugt weist die Hülse einen zentralen Stützabschnitt auf, der sich axial zumindest teilweise entlang der Kolbenstange erstreckt und zumindest mittelbar mit einem Antriebsmotor verbunden ist. Unter dem Begriff mittelbar, ist zu verstehen, dass zwischen dem zentralen Stützabschnitt und dem Antriebsmotor mindestens ein weiteres Element angeordnet sein kann. Mithin sind die Hülse und der Antriebsmotor miteinander wirkverbunden.
-
Beispielsweise ist der Antriebsmotor als elektrische Maschine ausgebildet. Mithin umfasst der Antriebsmotor einen Stator sowie einen mit einer Abtriebswelle verbundenen, drehbaren Rotor. Eine Bestromung des Antriebsmotors verschiebt somit die Hülse zumindest axial im Zylinder.
-
Vorzugsweise ist eine Mitnehmerhülse im Kraftfluss zwischen dem Antriebsmotor und der Hülse angeordnet, wobei die Mitnehmerhülse dazu vorgesehen ist, vom Antriebsmotor rotiert zu werden, und wobei die Hülse ihrerseits dazu vorgesehen ist, von der Mitnehmerhülse rotiert zu werden. Insbesondere ist die Mitnehmerhülse zumindest mittelbar mit dem Antriebsmotor verbunden und weist an einer Außenumfangsfläche eine Verzahnung auf, die dazu vorgesehen ist, mit einer Verzahnung an der Hülse zusammenzuwirken. Eine Bestromung des Antriebsmotors rotiert somit die Mitnehmerhülse, wobei die Mitnehmerhülse mit der Hülse verbunden ist, vorzugsweise im Zahneingriff steht und somit die Hülse rotiert. Beispielsweise sind die Verzahnungen an der Mitnehmerhülse und an der Hülse derart ausgebildet, dass gleichzeitig mit der Rotation der Hülse eine axiale Verschiebung der Hülse im Zylinder generiert wird.
-
Vorteilhafterweise ist im Kraftfluss zwischen dem Antriebsmotor und der Mitnehmerhülse eine Getriebevorrichtung angeordnet. Die Getriebevorrichtung ist zur Untersetzung der Abtriebsdrehzahl des Antriebsmotors vorgesehen. Dadurch kann die axiale Position der Hülse im Zylinder noch präziser eingestellt werden.
-
Zum Beispiel weist die Hülse an einer Außenumfangsfläche ein Führungselement auf, wobei an einer Innenumfangsfläche des Zylinders eine schraubenförmige Führungsbahn zur Aufnahme und Führung des Führungselements ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Führungselement als Führungsstift ausgebildet und an der Außenumfangsfläche der Hülse fixiert. Alternativ kann das Führungselement einteilig an der Hülse ausgebildet sein. Das Führungselement gleitet bei einer Rotation der Hülse entlang der schraubenförmigen Führungsbahn und verschiebt dadurch die Hülse in axialer Richtung im Zylinder. Mithin wird aus der in die Hülse eingeleitete Rotationsbewegung mittels Führungselement und schraubenförmiger Führungsbahn eine zusätzliche translatorische Bewegung generiert. Mithin wird die Hülse im Zylinder gleichzeitig rotiert und axial verschoben.
-
Ferner bevorzugt weist die schraubenförmige Führungsbahn die gleiche Steigung auf wie der schraubenförmige Durchlasskanal, wobei die Hülse eine radiale Aussparung zur fluidtechnischen Verbindung einer der beiden Arbeitskammern mit dem Durchlasskanal aufweist. Aufgrund der identischen Steigungen der schraubenförmigen Führungsbahn und des schraubenförmigen Durchlasskanals bewegt sich die radiale Aussparung stets entlang des schraubenförmigen Durchlasskanals und verbindet somit den schraubenförmigen Durchlasskanal mit einer der beiden Arbeitskammern.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Steuerungsvorrichtung zumindest mittelbar mit der axial verschieblichen Hülse oder mit dem mindestens einen Ventil zur variablen Einstellung zumindest der Länge des Durchlasskanals verbunden ist. Mithin stellt die Steuervorrichtung vorzugsweise über eine Bestromung des Antriebsmotors oder über die Schaltung des jeweiligen Ventils die Länge des Durchlasskanals ein. Dazu wirkt die Steuervorrichtung z. B. mit mindestens einer Kamera und/oder mindestens einem Sensor und/oder einem Radarsystem zur Erfassung der Fahrbahneigenschaften zusammen. Alternativ oder ergänzend können Fahrbahneigenschaften in Karten eines Navigationssystems hinterlegt sein, um die Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung an die Frequenz der zu reduzierenden Schwingung anzupassen.
-
Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der drei Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Dämpfereinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Perspektivschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Dämpfereinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 3 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Dämpfereinrichtung gemäß 2.
-
Nach 1, 2 und 3 umfasst eine erfindungsgemäße Dämpfereinrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs einen Zylinder 1 und eine im Zylinder 1 axial beweglich angeordnete Kolbenstange 2 mit einem Arbeitskolben 3. An der Kolbenstange 2 ist ein erstes Anbindungselement 16a und an dem Zylinder 1 ist ein zweites Anbindungselement 16b ausgebildet, wobei über die beiden Anbindungselemente 16a, 16b eine Beschleunigung beziehungsweise eine Schwingung in die Dämpfereinrichtung eingeleitet wird. Die Dämpfungseinrichtung reagiert sensitiv auf diese Beschleunigung und stellt zur Tilgung der Schwingung eine Gegenkraft.
-
Der Arbeitskolben 3 begrenzt axial eine erste und eine zweite Arbeitskammer 4a, 4b im Zylinder 1. Die beiden Arbeitskammern 4a, 4b sind über einen im Zylinder 1 ausgebildeten Durchlasskanal 5 fluidtechnisch miteinander verbunden. Dabei ist der Durchlasskanal 5 schraubenförmig um die beiden Arbeitskammern 4a, 4b herum im Zylinder 1 ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der beiden Arbeitskammern 4a, 4b. Bei einer axialen Stellbewegung des Arbeitskolbens 3 strömt ein - hier nicht dargestelltes - inkompressibles Fluid durch den Durchlasskanal 5, um eine in die Dämpfereinrichtung eingeleitete Schwingung zu reduzieren. Dabei bewegen sich der Zylinder 1 und die Kolbenstange 2 aufeinander zu oder voneinander weg.
-
Gemäß 1 sind zwei schaltbare Ventile 6a, 6b fluidtechnisch zwischen der zweiten Arbeitskammer 4b und dem Durchlasskanal 5 angeordnet, um zumindest eine Länge des Durchlasskanals 5 variabel einzustellen und dadurch eine Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung an die Frequenz der zu reduzierenden Schwingung anzupassen. Wenn das erste schaltbare Ventil 6a geöffnet und das zweite schaltbare Ventil 6b geschlossen ist, weist der Durchlasskanal 5 eine minimale Länge auf, wobei eine erste Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung eingestellt wird, die Schwingungen in einem ersten Frequenzbereich maximal dämpft. Bei einer geschlossenen Schaltstellung des ersten schaltbaren Ventils 6a und einer geöffneten Schaltstellung des zweiten schaltbaren Ventils 6b, wird eine maximale Länge des Durchlasskanals 5 und somit eine zweite Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung eingestellt, die Schwingungen in einem zweiten Frequenzbereich maximal dämpft. Mithin werden über die Einstellung der minimalen oder maximalen Länge des Durchlasskanals 5 Schwingungen in zwei unterschiedlichen Frequenzbereichen maximal gedämpft.
-
Zur Schaltung der beiden Ventile 6a, 6b und Einstellung der Länge des Durchlasskanals 5 ist eine Steuerungsvorrichtung 15 mit den beiden Ventilen 6a, 6b verbunden. Die Steuerungsvorrichtung 15 schaltet die beiden Ventile 6a, 6b in Abhängigkeit der Frequenz der zu reduzierenden Schwingung. Dazu ist die Steuerungsvorrichtung 15 mit einem - hier nicht dargestellten - Radarsystem zur Erfassung der Fahrbahneigenschaften verbunden.
-
Gemäß 2 und 3 ist eine drehbewegliche und axial verschiebliche Hülse 7 im Zylinder 1 angeordnet, wobei der Durchlasskanal 5 durch die Hülse 7 teilweise radial begrenzt ist. Der Durchlasskanal 5 ist in einem axial begrenzten Bereich als schraubenförmige radiale Nut ausgebildet und grenzt somit unmittelbar an der Außenumfangsfläche der Hülse 7. Die Hülse 7 weist einen zentralen Stützabschnitt 9 auf, der sich axial zumindest teilweise entlang der Kolbenstange 2 erstreckt. Der zentrale Stützabschnitt 9 ist dabei drehbar und axial gleitgelagert an der Kolbenstange 2 aufgenommen. Ferner ist die Hülse 7 über den zentralen Stützabschnitt 9 mit einer Mitnehmerhülse 11 verbunden, wobei die Mitnehmerhülse 11 über eine - hier nur stark vereinfacht angedeutete - Getriebevorrichtung 12 mit einem Antriebsmotor 10 verbunden ist. Der Antriebsmotor 10 ist als elektrische Maschine ausgebildet und dazu vorgesehen, eine Drehbewegung über die Getriebevorrichtung 12 in die Mitnehmerhülse 11 einzuleiten, wobei die Mitnehmerhülse 11 über eine Verzahnung mit dem zentralen Stützabschnitt 9 der Hülse 7 zusammenwirkt, um die Hülse 7 zu rotieren.
-
Wie besonders gut aus 3 hervorgeht ist an einer Außenumfangsfläche der Hülse 7 ein Führungselement 13 angeordnet. Demgegenüber ist an einer Innenumfangsfläche des Zylinders 1 eine schraubenförmige Führungsbahn 14 zur Aufnahme und Führung des Führungselements 13 ausgebildet. Die schraubenförmige Führungsbahn 14 weist dabei die gleiche Steigung auf wie der schraubenförmige Durchlasskanal 5. Ferner weist die Hülse 7 eine radiale Aussparung 8 zur fluidtechnischen Verbindung der zweiten Arbeitskammer 4b mit dem als radiale Nut ausgebildeten Abschnitt des Durchlasskanals 5 auf.
-
Bei einer Stellbewegung des Antriebsmotors 10 werden die Mitnehmerhülse 11 und darüber auch die Hülse 7 rotiert. Aufgrund der Interaktion zwischen dem Führungselement 13 und der schraubenförmigen Führungsbahn 14 wird aus der Rotation der Hülse 7 zusätzlich eine axiale Bewegung der Hülse 7 erzwungen, wobei die Aussparung 8 stets eine fluidtechnische Verbindung zwischen der zweiten Arbeitskammer 4b und dem Durchlasskanal 5 realisiert. Die axiale Verschiebung der Hülse 7 stellt eine Länge des Durchlasskanals 5 variabel ein, wobei dadurch eine Eigenfrequenz der Dämpfereinrichtung an eine Frequenz der zu reduzierenden Schwingung variabel angepasst wird. Mithin ist die Länge des Durchlasskanals 5 entlang des als radiale Nut ausgebildeten Abschnitts des Durchlasskanals 5 kontinuierlich einstellbar.
-
Zur Einstellung der Länge des Durchlasskanals 5 ist eine Steuerungsvorrichtung 15 mit dem Antriebsmotor 10 verbunden. Die Steuerungsvorrichtung 15 bestromt den Antriebsmotor 10 in Abhängigkeit der Frequenz der zu reduzierenden Schwingung. Dazu ist die Steuerungsvorrichtung 15 mit einem - hier nicht dargestellten - Kamerasystem zur Erfassung der Fahrbahneigenschaften verbunden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die beiden Ausführungsbeispiele beschränkt. In einer weiteren Ausführungsform wird die Hülse 7 über eine mechanische, hydraulische oder elektromechanische Kopplung verdreht. Ferner ist es auch denkbar, dass die Hülse 7 über die Kolbenstange 2 verdreht wird und durch eine geeignete Mitnahme linear verfahren wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zylinder
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Arbeitskolben
- 4a
- erste Arbeitskammer
- 4b
- zweite Arbeitskammer
- 5
- Durchlasskanal
- 6a
- erstes Ventil
- 6b
- zweites Ventil
- 7
- Hülse
- 8
- Aussparung
- 9
- Stützabschnitt
- 10
- Antriebsmotor
- 11
- Mitnehmerhülse
- 12
- Getriebevorrichtung
- 13
- Führungselement
- 14
- Führungsbahn
- 15
- Steuerungsvorrichtung
- 16a
- erstes Anbindungselement
- 16b
- zweites Anbindungselement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
